Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

В. В. Рачинскйй

КУРС о с н о в атомной техники в сельском хозяйстве

Допущено Главным управлением высшего

исреднего сельскохозяйственного образования Министерства сельского хозяйства СССР

вкачестве учебного пособия для студентов

ислушателей факультетов повышения квалификации

сельскохозяйственных вузов

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1S74

ПРЕДИСЛОВИЕ

/

Атомная техника — практическое использование достижений атомной науки — находит все более широкое применение в сель­ ском хозяйстве. Трудно назвать такую область сельскохозяйст­ венной науки и производства, где бы не использовалась эта но­ вая техника.

Бурно развивающаяся агрохимия, химия защиты растений и животных и все другие отрасли химизации, сельского хозяй­ ства уже не могут обходиться без применения методов изотоп­ ных индикаторов для испытания удобрений и других химиче­ ских средств.

Агрохимическая служба в ближайшие годы возьмет на во­ оружение поточные автоматические ядернофизические методы анализа сельскохозяйственных объектов.

Особое значение приобретают радиобиологические методы, основанные на биологическом действии ионизирующих излу­ чений. В сельскохозяйственное производство внедряется метод предпосевного облучения семян для повышения урожайности и улучшения качества сельскохозяйственной продукции. Со­ здаются станции для облучения сельскохозяйственных продук­ тов, чтобы увеличить сроки хранения их. Радиационный мута­ генез становится одним из основных методов быстрого получе­ ния широкого разнообразия новых мутаций для дальнейшего селекционного отбора.

Все это показывает, что современный специалист сельского хозяйства должен быть знаком с теоретическими и методиче­ скими основами использования атомной техники в сельском хозяйстве.

В наш атомный век естественно появление новых техниче­ ских направлений, связанных с использованием атомной науки в различных отраслях народного хозяйства. Среди новых спе­ циальных сельскохозяйственных дисциплин появилась «Атом­ ная техника в сельском хозяйстве». Теоретическую и техниче­ скую основу этой дисциплины составляют: ядерная физика, ядерная радиотехника и электроника, химия изотопов и радио­ химия, радиационная химия и радиобиология; практическую ос­ нову — многочисленные методы применения изотопов и ионизи­ рующих излучений в различных отраслях сельского хозяйства.

Не только общность теоретических, технических и методи­ ческих основ атомной техники, но и сама специфика работы с

3

Если энергия излучения, переданная атомному электрону, недостаточна для ионизации атома, происходит только возбуж­

шей энергии ионизации, происходит ионизация атомов и мо­ лекул.

Излучения в зависимости от энергии можно подразделить на

неионизирующие и ионизирующие. В дальнейшем изложении будем рассматривать взаимодействие с веществом только иони­ зирующих излучений. Ионизация атомов может быть непосред­ ственной и косвенной. При непосредственной ионизации акт ионизации атома происходит при прямом столкновении частицы излучения с атомом. При косвенной ионизации акты иониза­ ции атомов происходят под действием вторичных частиц, обра­ зующихся при первичных непосредственных актах ионизации. При изучении прохождения излучений через вещество важное значение имеет пространственно-временная характеристика из­ лучения.

Каждая частица излучения имеет в каждый данный момент времени определенное направление движения, а также опре­ деленную скорость и энергию. Если все частицы излучения имеют определенное, одинаковое направление движения, то такое излучение называется мононаправленным, или коллими­ рованным. Излучение, частицы которого имеют разные направ­ ления движения, называется рассеянным.

Если все частицы излучения имеют одинаковую кинетиче­ скую энергию, то такое излучение называется моноэнергетическим. Если все частицы излучения имеют разную энергию, то

теристики излучения.

Выделим в пространстве элементарную сферу с площадью поперечного сечения AS. Пусть через сферическую поверхность в объем элементарной сферы проникает AN частиц.

Потоком частиц называется отношение числа частиц AN, проникающих в объем элементарной сферы площадью попе­ речного сечения AS, к этой площади

(1.1)

AS '

В пределе при AS^-О можно перейти к бесконечно малым ве­ личинам dN и dS. Тогда каждая точка пространства, в котором распределено излучение, характеризуется величиной потока частиц

dN

(1.2)

dS ’

7

Единица измерения потока частиц в системе СИ — величина м~2. Величина потока Ф в общем случае есть функция коорди­ нат пространства и времени Ф = Ф(х, у, z ,t).

Плотностью потока частиц называется отношение потока частиц АФ за некоторый промежуток времени At к этому про­ межутку времени

At ‘

Переходя в пределе к бесконечно малым величинам, плот­ ность потока частиц можно записать в следующем виде:

Единица измерения плотности потока частиц в систе­ ме СИ — величина м~2-сек~К

В общем случае плотность потока частиц также есть функ­ ция координат пространства, в котором распределено излуче­ ние, и времени 1=1 (х, у, z, t).

Таким образом, как поток, так и плотность потока характе­ ризуют пространственно-временное распределение излучения в

данной среде. Это распределение излучения называется полем излучения.

Если все точки пространства имеют одинаковую постоянную во времени плотность потока 1= 1 (х, у, z, ^)=const, то такое поле излучения называется однородным. Если плотность пото­ ка в каждой точке пространства во времени не изменяется, но в разных точках пространства различна 1=1 (х, у, z), то такое поле излучения называется стационарным. Однородное поле излучения есть частный случай стационарного поля излучения. Если условия стационарности и однородности не соблюдаются, то соответственно поле излучения будет нестационарным и не­ однородным.

Для энергетической характеристики поля излучения необ­ ходимо ввести некоторые понятия.

Поток энергии излучения — отношение энергии АЕ частиц ионизирующего излучения, проникающих в объем' элементар­ ной сферы с площадью поперечного сечения AS, к этой пло­ щади:

8

Единица интенсивности излучения в системе СИ — джоуль на квадратный метр в секунду (дж/м2-сек).

Как поток энергии излучения, так и интенсивность излуче­ ния в общем случае есть функции координат пространства и

зуют пространственно-временной перенос частиц и энергии из­ лучения. Однако они не характеризуют количественно взаимо­ действие излучения со средой. Одной из наиболее общих величин,

характеризующих это взаимодействие, является доза излу­ чения.

Дозой излучения называется энергия излучения, пере­ даваемая единице массы среды, через которую проходит дан­ ное излучение, т. е.

Единица дозы излучения в системе СИ — джоуль на кило­ грамм (дж/кг).

В настоящее время еще пользуются внесистемной единицей дозы излучения— 1 рад. 1 рад равен дозе излучения, при кото­ рой в 1 кг вещества поглощается энергия излучения, равная

10-2 дж (или 1 рад= 100 эрг/г вещества).

Мощность дозы излучения — отношение дозы ДD излучения за некоторый промежуток времени At к этому промежутку вре­ мени:

9